黃 棟,戚良明,胡國祥
(1.武漢工程大學(xué) 武漢市 430074; 2.安徽省新路建設(shè)工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 阜陽市 236112)
舊水泥混凝土路面的改造方式主要有6種,可分為3大類,即板塊加固后加鋪、翻挖板塊后重建、再生利用。其中,根據(jù)破碎后顆粒的粒徑大小、舊水泥混凝土路面的剩余強(qiáng)度以及破碎設(shè)備的不同,再生利用又分為就地發(fā)裂再生利用與就地碎石化再生利用兩種。就地發(fā)裂包括打裂壓穩(wěn)與沖擊壓裂,就地碎石化包括多錘頭沖擊破碎與共振破碎。這些改造方式的適用范圍及特點(diǎn)各不相同,但邊界不十分清晰。在實(shí)際工作中,往往憑借工程技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)選擇,缺乏科學(xué)統(tǒng)一的依據(jù),誤判的可能性較大,嚴(yán)重影響舊路改造的效果、投資與工期。為此,對舊水泥混凝土路面改造方式的選擇進(jìn)行探討。
舊水泥混凝土路面改造方式的選擇,應(yīng)與路況指標(biāo)緊密結(jié)合,且指標(biāo)閾值應(yīng)適度寬泛,既能指導(dǎo)正確選擇改造方式,又能給工程技術(shù)人員充分的靈活度。
選取的指標(biāo)應(yīng)相對獨(dú)立,能反映路面的技術(shù)狀況,與改造方式密切相關(guān),影響改造方式的選擇,且便于調(diào)查或檢測。選取了路面損壞狀況指數(shù)PCI、斷板率DBL等6項(xiàng)指標(biāo),原因如下:
(1)路面損壞狀況指數(shù)PCI
路面損壞狀況指數(shù)PCI表征路面的完好程度,是舊路調(diào)查與檢測的必選項(xiàng),是評定路面技術(shù)狀況最重要的指標(biāo),直接影響舊路改造方式的選擇。
(2)斷板率DBL
斷板率DBL是評價(jià)水泥混凝土路面破損狀況的另外一項(xiàng)重要指標(biāo),《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTJ 073.1-2001)[1]采用PCI與DBL兩項(xiàng)指標(biāo)評定水泥混凝土路面的破損狀況。此外,當(dāng)某路段PCI評價(jià)等級為“優(yōu)”或“良”而DBL評價(jià)等級為“中”或“次”時(shí),應(yīng)以較不利評價(jià)即DBL評價(jià)作為該路段的路面破損狀況評價(jià)等級。
(3)脫空率
板底脫空是水泥混凝土路面的主要病害之一,脫空率反映水泥路面的剩余承載能力,能直接影響改造方式的選擇。例如,當(dāng)脫空率過大時(shí),宜考慮采用碎石化的改造方式,將舊水泥混凝土路面破碎并加鋪基層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。
(4)路基CBR
CBR是評定路基材料承載能力的重要指標(biāo),在舊水泥混凝土路面改造過程中,發(fā)裂或破碎產(chǎn)生的沖擊力可傳遞到路面結(jié)構(gòu)較大深度范圍內(nèi),土基和基層會(huì)受到不同程度的影響。若路基CBR值過低,不穩(wěn)定的土基或基層在沖擊力的作用下會(huì)發(fā)生破壞,局部強(qiáng)度會(huì)降低。
(5)混凝土板需更換或補(bǔ)塊率
混凝土板需更換或補(bǔ)塊率反映水泥混凝土路面板損壞嚴(yán)重,無法通過維修來恢復(fù)、而需重新置換新板所占的比例。若混凝土板需更換或補(bǔ)塊率過大,則不宜采用板塊加固后加鋪或打裂壓穩(wěn)方案,而應(yīng)采用碎石化等其他改造方式??梢姡炷涟逍韪鼡Q或補(bǔ)塊率是影響舊路改造方式選擇的重要因素。
(6)路面需開挖修補(bǔ)面積占比
路面需開挖修補(bǔ)指水泥混凝土路面面層以下的基層或路基存在較為嚴(yán)重的病害,無法通過表面處理或壓漿等方法修復(fù),而需要開挖水泥混凝土面板實(shí)施維修,壞到哪一層即修到哪一層?;鶎踊蚵坊『κ怯绊懪f路改造方式選擇的重要因素,例如當(dāng)基層破壞嚴(yán)重時(shí),將導(dǎo)致水泥混凝土板碎石化后的模量降低,進(jìn)而導(dǎo)致加鋪的瀝青面層易發(fā)生疲勞損壞[2]。因此,選取路面需開挖修補(bǔ)面積占比作為改造方式選擇的指標(biāo)。
(1)路面損壞狀況指數(shù)PCI
當(dāng)舊水泥混凝土路面總體技術(shù)狀況良好、僅有少數(shù)病害時(shí),方可采用板塊加固后加鋪的改造方式?!豆芳夹g(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 5210—2018)[3]規(guī)定:路面損壞狀況指數(shù)PCI≥90為“優(yōu)”,80≤PCI<90為“良”。因此,選取PCI≥80作為板塊加固后加鋪的閾值;打裂壓穩(wěn)要求路況較好,但比板塊加固后加鋪要求低,取60~80作為其PCI的閾值;路況良好等級以下的舊路均可采用沖擊壓裂、多錘頭碎石化、共振碎石化的改造方式,故對應(yīng)的閾值取PCI<80。
(2)斷板率DBL
《公路水泥混凝土路面再生利用技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F31—2014)[4]規(guī)定:斷板率DBL小于5%時(shí),不宜采用再生利用技術(shù);斷板率大于5%且小于80%時(shí),宜采用就地碎石化再生利用技術(shù),斷板率小于20%,且脫空率不大于10%時(shí),也可采用就地發(fā)裂再生利用技術(shù)。因此,選取DBL<5%作為板塊加固后加鋪的閾值,選取5%~80%作為多錘頭與共振碎石化斷板率DBL的閾值。
(3)脫空率
當(dāng)脫空率不大于10%時(shí),此時(shí)路面剩余承載能力較高,應(yīng)充分利用舊路的強(qiáng)度與材料,優(yōu)先選用板塊加固后加鋪的改造方式,故對應(yīng)的脫空率閾值取小于10%;根據(jù)《公路水泥混凝土路面再生利用技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F31—2014)[4],當(dāng)脫空率大于10%時(shí),采用就地發(fā)裂再生利用技術(shù)無法徹底解決板底脫空現(xiàn)象,易導(dǎo)致再生層強(qiáng)度不均勻,此時(shí)不宜采用就地發(fā)裂再生利用技術(shù)。因此,就地發(fā)裂的脫空率閾值取小于10%;多錘頭與共振碎石化對脫空率的要求不如上述改造方式嚴(yán)格,且處治脫空的效果良好,對應(yīng)的閾值取10%~50%。
(4)路基CBR
當(dāng)局部路段的路基CBR小于5,表明路基強(qiáng)度不足,此時(shí)若對舊路實(shí)施改造,發(fā)裂或破碎產(chǎn)生的沖擊力會(huì)使路基破壞加劇,導(dǎo)致強(qiáng)度進(jìn)一步降低。另外,路基CBR小于5的路段即便改造完成,也會(huì)由于路基強(qiáng)度不足而嚴(yán)重影響改造后道路的使用壽命與品質(zhì)。因此,選取路基CBR>5作為板塊加固后加鋪、打裂壓穩(wěn)、沖擊壓裂、多錘頭碎石化、共振碎石化等5種改造方式的閾值。
(5)混凝土板需更換或補(bǔ)塊率
板塊加固后加鋪適用于路況優(yōu)良、需換板率較小的舊路,故相應(yīng)的閾值取小于10%;打裂壓穩(wěn)要求壞板率低、路況相對良好,故對應(yīng)的閾值取小于20%;沖擊壓裂、多錘頭碎石化、共振碎石化對需換板率的要求不如以上兩種改造方式嚴(yán)格,故閾值取值較寬。
(6)路面需開挖修補(bǔ)面積占比
板塊加固后加鋪、打裂壓穩(wěn)、沖擊壓裂、多錘頭碎石化、共振碎石化這5種改造方式都要求舊路的路基、基層狀況穩(wěn)定,且基層基本無松散、具有較好的整體性。板塊加固后加鋪要求最高,相應(yīng)的閾值取小于10%;共振碎石化可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)破碎,對舊路基層的損傷最小,對應(yīng)的閾值取小于30%,其他3種改造方式的閾值取小于20%。
基于以上分析,提出不同路況指標(biāo)對應(yīng)的舊水泥混凝土路面改造方式,如表1所示。由于翻挖板塊后重建主要適用于路況極差、不適用采用其他改造方式以及標(biāo)高受限或體量很小的工程,適用的路況較為明確,實(shí)踐中易于選擇。因此,表1中的改造方式未包括翻挖板塊后重建,只列舉了板塊加固后加鋪、打裂壓穩(wěn)、沖擊壓裂、多錘頭碎石化以及共振碎石化。
選擇舊水泥混凝土路面的改造方式,應(yīng)綜合考慮路面狀況、路基條件、構(gòu)造物、凈空要求、施工限制條件等因素。在實(shí)施改造前,要開展有針對性的調(diào)查、檢測與分析工作,了解舊路的基礎(chǔ)資料與現(xiàn)狀信息,獲取路面損壞狀況指數(shù)PCI、斷板率DBL、脫空率、路基CBR、路面需開挖修補(bǔ)面積占比、混凝土板需更換或補(bǔ)塊率等指標(biāo)值,再與表1進(jìn)行比對。經(jīng)比對,若改造方式較為明確且唯一,則進(jìn)一步論證即可確定;若有幾種改造方式均適用,則結(jié)合適用范圍、環(huán)境影響、破碎效果、工期、造價(jià)等,進(jìn)一步甄別、優(yōu)選最佳改造方式。據(jù)此,可較為準(zhǔn)確、方便地確定舊水泥混凝土路面的改造方式。